De reden voor de capaciteit van 6s lithiumbatterij is een formule om te begrijpen!

6s lithiumbatterij is de snelst groeiende secundaire batterij na nikkel-cadmium en nikkel-waterstofbatterijen. De hoge energie-eigenschappen maken dat de toekomst er rooskleurig uitziet. Echter, de 6s lithiumbatterij is niet perfect, en het grootste probleem is de stabiliteit van de laad-ontlaadcyclus. Dit artikel vat samen en analyseert de mogelijke reden voor de capaciteitsafname van de 6s lithiumbatterij: overladen.

6s lithiumbatterij capaciteitsbalans

De 6s lithiumbatterij heeft verschillende intercalatie-energieën wanneer de intercalatiereactie plaatsvindt tussen de twee elektroden, en om de beste prestaties van de batterij te verkrijgen, moet de capaciteitsverhouding van de twee hostelektroden een gebalanceerde waarde behouden.
In een 6s lithiumbatterij wordt de capaciteitsbalans uitgedrukt als de massaverhouding van de positieve elektrode tot de negatieve elektrode, namelijk: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
In de bovenstaande formule verwijst C naar de theoretische coulombcapaciteit van de 6s lithiumbatterij-elektrode, en Δx en Δy verwijzen respectievelijk naar het stoichiometrische aantal lithiumionen ingebed in de negatieve elektrode en de positieve elektrode van de lithiumelektrode. Uit de bovenstaande formule blijkt dat de vereiste massaverhouding van de twee polen afhangt van de overeenkomstige Coulombcapaciteit van de twee polen en het aantal respectievelijke omkeerbare lithiumionen.

Invloed van capaciteitsbalans van 6s lithiumbatterij

Over het algemeen leidt een kleinere massaverhouding tot onvolledige benutting van het negatieve materiaal; een grotere massaverhouding kan een veiligheidsrisico veroorzaken door overladen van de negatieve elektrode. Kortom, bij de geoptimaliseerde massaverhouding is de elektrodeprestatie van de 6s lithiumbatterij het beste.
Voor een ideaal Li-ion batterijsysteem verandert de capaciteitsbalans niet tijdens de cyclus, en is de initiële capaciteit in elke cyclus een bepaalde waarde, maar de werkelijke situatie is veel complexer. Elke nevenreactie die lithiumionen of elektronen kan genereren of verbruiken, kan een verandering in de capaciteitsbalans van de 6s lithiumbatterij veroorzaken. Zodra de capaciteitsbalans van de 6s lithiumbatterij verandert, is deze verandering onomkeerbaar en kan deze zich ophopen over meerdere cycli. Dit beïnvloedt de prestaties van de 6s lithiumbatterij ernstig. In 6s lithiumbatterijen zijn er naast de redoxreacties die optreden bij het deintercaleren van lithiumionen ook veel nevenreacties, zoals elektrolytontleding, oplossing van actief materiaal en afzetting van metallisch lithium.

6s lithiumbatterij capaciteitsbalans reden: overladen

1. Overladingsreactie van grafiet negatieve elektrode:
Wanneer de batterij wordt overladen, worden lithiumionen gemakkelijk gereduceerd en afgezet op het oppervlak van de negatieve elektrode:
Het afgezet lithium bedekt het oppervlak van de negatieve elektrode, waardoor de intercalatie van lithium wordt geblokkeerd. Dit resulteert in verminderde ontlaadefficiëntie en capaciteitsverlies door:

① Verminder de hoeveelheid recyclebaar lithium;
② Het afgezet metallisch lithium reageert met het oplosmiddel of de ondersteunende elektrolyt om Li2CO3, LiF of andere producten te vormen;
③ Metallisch lithium wordt meestal gevormd tussen de negatieve elektrode en de separator, wat de poriën van de separator kan blokkeren en de interne weerstand van de batterij kan verhogen;

④ Vanwege de zeer reactieve aard van lithium reageert het gemakkelijk met de elektrolyt en verbruikt het de elektrolyt, wat resulteert in een vermindering van de ontlaadefficiëntie en capaciteitsverlies.
Snelladen, de stroomdichtheid is te hoog, de negatieve elektrode is sterk gepolariseerd, en de afzetting van lithium zal duidelijker zijn. Dit komt waarschijnlijk voor wanneer het actieve materiaal van de positieve elektrode overmatig is ten opzichte van dat van de negatieve elektrode. Echter, bij een hoge laadstroom kan afzetting van metallisch lithium optreden, zelfs als de verhouding van positieve en negatieve actieve materialen normaal is.

2. Overladingsreactie van de positieve elektrode
Wanneer de verhouding van actief materiaal van de positieve elektrode tot dat van de negatieve elektrode te laag is, is positieve overlading waarschijnlijk.
Het capaciteitsverlies veroorzaakt door overladen van de positieve elektrode is voornamelijk te wijten aan de vorming van elektrochemisch inerte stoffen (zoals [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3, enz.), die de capaciteitsbalans tussen de elektroden verstoren, en het capaciteitsverlies is onomkeerbaar.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Tegelijkertijd zal het zuurstof dat wordt gegenereerd door de ontleding van het positieve elektrode-materiaal in de verzegelde 6s lithiumbatterij zich ophopen vanwege het ontbreken van recombinatiereacties (zoals de vorming van H2O) en het brandbare gas dat wordt gegenereerd door de ontleding van de elektrolyt, en de gevolgen zullen onvoorstelbaar zijn.
(2) λ-MnO2
De lithium-mangaanreactie vindt plaats wanneer het lithium-mangaanoxide volledig is gedelithieerd: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)

3. De elektrolyt wordt geoxideerd bij overladen
Wanneer de spanning hoger is dan 4,5V, zal de elektrolyt oxideren en onoplosbare stoffen (zoals Li2Co3) en gas genereren. Deze onoplosbare stoffen zullen de microporiën van de elektrode blokkeren en de migratie van lithiumionen belemmeren, wat resulteert in capaciteitsverlies tijdens cycli.
Factoren die de oxidatiesnelheid beïnvloeden:
Het oppervlak van het positieve elektrode-materiaal
Materiaal van de stroomverzamelaar
Toegevoegde geleidingsmiddel (koolstofzwart, enz.)
Het type en het oppervlak van koolstofzwart
Onder de meer gebruikte elektrolyten wordt EC/DMC beschouwd als het meest oxideresistente. Het elektrochemische oxidatieproces van de oplossing wordt over het algemeen uitgedrukt als: oplossing→oxidatieproduct (gas, oplossing en vaste stof)+ne-

De oxidatie van elke oplosmiddel zal de elektrolytconcentratie verhogen, de elektrolytstabiliteit verlagen en uiteindelijk de capaciteit van de batterij beïnvloeden. Stel dat er bij elke lading een kleine hoeveelheid elektrolyt wordt verbruikt, dan is er tijdens de batterijassemblage meer elektrolyt nodig. Voor een constante behuizing betekent dit dat er een kleinere hoeveelheid actieve stof wordt geladen, wat resulteert in een afname van de initiële capaciteit. Bovendien, als er een vast product wordt gevormd, zal er een passiveringsfilm op het oppervlak van de elektrode ontstaan, wat de polarisatie van de batterij verhoogt en de uitgangsspanning van de batterij verlaagt.

Het bovenstaande is de volledige inhoud van de capaciteitsbalans van de 6s lithiumbatterij die je vandaag wordt gebracht. De 6s lithiumbatterij heeft verschillende intercalatie-energieën wanneer de intercalatiereactie plaatsvindt tussen de twee elektroden, en om de beste prestaties van de batterij te verkrijgen, hebben de twee hostelektroden verschillende intercalatie-energieën. De capaciteitsverhouding moet op een gebalanceerde waarde worden gehouden; een kleinere massaverhouding leidt tot onvolledige benutting van het negatieve elektrode-materiaal; een grotere massaverhouding kan een veiligheidsrisico veroorzaken door overladen van de negatieve elektrode. Bij de geoptimaliseerde massaverhouding is de elektrodeprestatie van de 6s lithiumbatterij het beste; de belangrijkste reden voor de capaciteitsongelijkheid van de 6s lithiumbatterij is overladen.
Ik hoop dat de inhoud van vandaag nuttig voor je is, meer informatie zal continu worden bijgewerkt, tot ziens in de volgende editie.